Lisosom

Biologi sel
Sel hewan
Komponen sel hewan pada umumnya: Nukleolus Inti sel Ribosom (titik-titik kecil sebagai bagian dari no. 5) Vesikel Retikulum endoplasma kasar Badan Golgi Sitoskeleton Retikulum endoplasma halus Mitokondria Vakuola Sitosol (cairan yang berisi organel, yang terdiri dari sitoplasma) Lisosom Sentrosom Membran sel

Lisosom adalah organel bermembran yang ditemukan pada banyak sel hewan. Bentuknya berupa vesikel bulat yang mengandung enzim hidrolitik yang mampu memecah berbagai jenis biomolekul. Lisosom memiliki komposisi yang spesifik, baik pada protein membran maupun pada protein lumennya. Lumen lisosom memiliki pH (~4.5–5.0)^[1] yang optimal bagi enzim yang terlibat dalam hidrolisis, analog dengan aktivitas di lambung. Di samping degradasi polimer, lisosom juga terlibat dalam beragam proses sel, termasuk sekresi, perbaikan membran plasma, apoptosis, persinyalan sel, dan metabolisme energi.^[2]

Lisosom bertindak sebagai sistem "pembuangan sampah" sel dengan mencerna material bekas pakai di sitoplasma, baik dari dalam maupun dari luar sel. Material dari luar sel diambil melalui endositosis, sedangkan material dari dalam sel dicerna melalui autofagi.^[3] Ukuran organel ini sangat bervariasi—yang besar dapat berukuran hingga lebih dari 10 kali lipat dibandingkan yang kecil.^[4] Lisosom ditemukan dan diberi nama oleh ahli biologi Belgia Christian de Duve, yang akhirnya menerima Penghargaan Nobel Fisiologi atau Kedokteran pada 1974.

Untuk menyediakan pH asam bagi enzim hidrolitik, membran lisosom mempunyai pompa H⁺ yang menggunakan energi dari hidrolisis ATP. Membrane lisosom juga sangat terglikosilasi yang dikenal dengan lysosomal-associated membrane proteins (LAMP). Sampai saat ini sudah terdeteksi LAMP-1, LAMP-2, dan CD63/LAMP-3. LAMP berguna sebagai reseptor penerimaan kantong vesikel pada lisosom.

Enzim hidrolitik dibuat pada retikulum endoplasma, yang mengalami pemaketan di badan Golgi dan kemudian ke endosom lanjut yang nantinya akan menjadi lisosom. Untuk prosesnya ini, enzim ini mempunyai molekul penanda unik, yaitu manosa 6-fosfat (M6P) yang berikatan dengan oligosakarida terikat-N.

Seluruh glikoprotein yang ditransfer oleh retikulum endoplasma ke cis Golgi memiliki rantai oligosakarida terikat-N yang identik, dengan manosa di ujung terminalnya. Untuk membentuk manosa 6-fosfat, cis Golgi membutuhkan situs pengenalan, yang disebut signal patch, yang memiliki situs H₃N⁺–COO⁻

Pembentukan M6P ini memerlukan dua buah enzim, yaitu GlcNac fosfotransferase yang berfungsi untuk mengikat enzim hidrolitik secara spesifik dan menambah GlcNac-fosfat ke enzim. Kemudian terdapat enzim kedua yang memotong GlcNac sehingga membentuk M6P. Satu enzim hidrolitik mengandung banyak oligosakarida sehingga dapat mengandung banyak residu M6P. Setelah itu, dari cis Golgi, enzim hidrolitik ini akan ditransfer ke trans Golgi.

M6P yang terikat pada enzim hidrolitik akan berikatan pada reseptor protein M6P yang berada pada jaringan trans Golgi. Reseptor ini terikat pada membran dan berguna untuk pemaketan enzim hidrolitik dengan memasukkan enzim tersebut ke vesikel clathrin coats, dan nantinya vesikel tersebut dikirim ke endosom lanjut. Pemaketan ini terjadi pada pH 6,5–6,7, dan dikeluarkan pada pH 6.

Pada endosom, enzim hidrolitik akan terlepas dari reseptor M6P karena adanya penurunan pH (menjadi 5). Setelah terlepas, reseptor M6P akan dibawa oleh vesikel transpor dari endosom kembali ke membran trans Golgi untuk digunakan kembali. Transpor, baik menuju endosom atau kebalikannya, membutuhkan peptida penanda (signal peptide) yang terdapat pada ekor sitoplasmik dari reseptor M6P. Namun, tidak semua molekul dengan M6P dikirim ke lisosom; ada yang 'lolos' dari pengepakan dan ditransfer ke luar sel. Reseptor M6P juga terdapat di membran plasma, yang berguna untuk menangkap enzim hidrolitik yang lolos tersebut dan membawanya kembali ke endosom.

Endositosis ialah pemasukan makromolekul dari luar sel ke dalam sel melalui mekanisme endositosis, yang kemudian materi-materi ini akan dibawa ke vesikel kecil dan tidak beraturan, yang disebut endosom awal. Beberapa materi tersebut dipilah dan ada yang digunakan kembali (dibuang ke sitoplasma), yang tidak dibawa ke endosom lanjut. Di endosom lanjut, materi tersebut bertemu pertama kali dengan enzim hidrolitik. Di dalam endosom awal, pH sekitar 6. Terjadi penurunan pH (5) pada endosom lanjut sehingga terjadi pematangan dan membentuk lisosom.

Proses autofagi digunakan untuk pembuangan dan degradasi bagian sel sendiri, seperti organel yang tidak berfungsi lagi. Mula-mula, bagian dari retikulum endoplasma kasar menyelubungi organel dan membentuk autofagosom. Setelah itu, autofagosom berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang menjadi lisosom (atau endosom lanjut). Proses ini berguna pada sel hati, transformasi berudu menjadi katak, dan embrio manusia.

Fagositosis merupakan proses pemasukan partikel berukuran besar dan mikroorganisme seperti bakteri dan virus ke dalam sel. Pertama, membran akan membungkus partikel atau mikroorganisme dan membentuk fagosom. Kemudian, fagosom akan berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang menjadi lisosom (endosom lanjut).

Penyakit penyimpanan lisosomal adalah penyakit keturunan yang memengaruhi metabolisme lisosom, terjadi karena mutasi di gen struktural sehingga kekurangan salah satu enzim hidrolitik aktif yang secara normal ada dalam lisosom. Substrat yang tidak tercerna akan menumpuk dan mengganggu fungsi seluler lainnya. Penyakit ini sangat jarang ditemukan, yaitu sekitar 1 dari 7700 kelahiran manusia. Salah satu contohnya adalah penyakit Pompe.

Penyakit Pompe adalah penyakit genetik neuromuskular yang dapat terjadi pada bayi, anak-anak, dan manusia dewasa, yang membawa gen cacat dari orang tuanya. Gejala penyakit ini adalah perkembangan otot lemah, terutama pada otot untuk bernapas dan bergerak. Pada bayi, penyakit ini juga menyerang otot jantung. Penyebabnya adalah cacat pada gen yang bertanggung jawab untuk membuat enzim acid alpha-glucosidase (GAA) yang terletak pada kromosom 17. Enzim GAA ini hilang atau diproduksi dalam jumlah sedikit. Fungsi enzim ini untuk memecah glikogen, bentuk gula yang disimpan pada otot, sehingga terjadi penumpukan glikogen pada lisosom.